JP5926516B2 - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、磁気共鳴イメージング(MRI: Magnetic Resonance Imaging)装置に関する。

MRIは、静磁場中に置かれた被検体の原子核スピンをラーモア周波数の高周波(RF: radio frequency)信号で磁気的に励起し、この励起に伴って発生する核磁気共鳴(NMR: nuclear magnetic resonance)信号から画像を再構成する撮像法である。

この磁気共鳴イメージングの分野において、ハーフフーリエイメージング(HFI: half Fourier imaging)法が知られている。HFI法は、ｋ空間におけるデータの複素対称性を利用して、ｋ空間上においてデータが収集されていない領域のデータを、収集されたｋ空間データに基づいて補填することによって画像化する方法である。

HFIにおける従来のデータ処理では、収集されたｋ空間データに基づいてｋ空間上において収集されていないデータを補填するHFI処理が実行される。これにより、全空間のデータが生成される。

HFI処理は、以下の手順で実行される。ここでは、ｋ空間のkz方向における高周波領域がｋ空間データの非サンプリング領域であるものとする。

まず、ｋ空間のkz方向に対して、Homodyneフィルタ(Homodyne filter) fhとローパスフィルタ(LPF: low pass filter) flの２種類のフィルタ処理を行う。Homodyneフィルタfhは、非サンプリング領域に複素共役データを補填する処理と等価なフィルタ処理を施すフィルタである。すなわち式(1-1)及び式(1-2)に示すように、ｋ空間データKに対して、Homodyneフィルタ処理fh及びローパスフィルタ処理flがそれぞれ実行され、フィルタ処理後のｋ空間データKh(kx, ky, kz)、Kl(kx, ky, kz) がそれぞれ生成される。
K(kx, ky, kz)fh → Kh(kx, ky, kz) (1-1)
K(kx, ky, kz)fl → Kl(kx, ky, kz) (1-2)

次に、３次元(3D: three dimensional)の高速フーリエ変換(FFT: Fast Fourier Transform)を行って、ｒ空間（実空間）のデータにする。すなわち式(2-1)及び式(2-2)に示すように、フィルタ処理後のｋ空間データKh(kx, ky, kz) 及びKl(kx, ky, kz) にそれぞれ3D FFTを行って、ｒ空間データVh(x, y, z) , Vl(x, y, z) が生成される。
FFT{Kh(kx, ky, kz)} → Vh(x, y, z) (2-1)
FFT{Kl(kx, ky, kz)} → Vl(x, y, z) (2-2)

次に、Homodyneフィルタ処理fh後のｒ空間データVhに対する位相補正処理及び誤差分を取り除くためのREAL化処理を行う。式(3)に示すように位相補正処理及びREAL化処理が実行され、位相補正後のｒ空間データV(x, y, z) が生成される。
V(x, y, z) = REAL{Vh(x, y, z)*Vl^*(x, y, z)/|Vl(x, y, z)|} (3)
ここで、Vl^*は Vlの複素共役(complex conjugation)を示し、REAL()は実部をとる関数である。さらに、式(4)に示すように、ｒ空間データV(x, y, z) を3D高速逆フーリエ変換(IFFT: Inverse Fast Fourier Transform)して得られるｋ空間データIFFT{V(x, y, z)}と元のｋ空間データK(kx, ky, kz) とが重み付け係数αを用いて重み付け加算される。
K(kx, ky, kz) = αIFFT{V(x, y, z)}+(1-α)K(kx, ky, kz) (4)

そして、重み付け加算の結果が、再びｒ空間データV(x, y, z) を計算するためのｋ空間データK(kx, ky, kz) とされ、ｋ空間での補填処理の精度を向上させるために式(1-1)、式(1-2)、式(2-1)、式(2-2)、式(3)及び式(4)で示されるHFI処理が１〜４回程度繰返し実行される。すなわち、フィルタ処理、3D FFT、位相補正処理及び重み付け加算処理が繰り返される。

特開２０００−２０１９０３号公報 特開２０１１−８７７８３号公報

しかしながら、３次元のHFIでは、２次元のHFIと比べて、収集されるデータ量が大きくなるために、再構成に要する時間が長くなる。ｋ空間での補填処理の精度を向上させるためには、HFI処理を繰返し実行することが必要となるため、HFI処理の繰り返し回数分だけ再構成時間が更に長くなり、データ処理時間が増大する。

本発明の実施形態は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、３次元のHFIにおけるデータ処理時間を短縮させることを目的とする。

本実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置は、データ収集手段、第１の導出手段、第２の導出手段、及び画像データ生成手段を備える。データ収集手段は、ハーフフーリエイメージング用の撮像条件に従って３次元のｋ空間データを収集する。第１の導出手段は、前記３次元のｋ空間データに含まれる一部のｋ空間データを用いたデータ処理によって第１の位相補正量を求める。第２の導出手段は、前記第１の位相補正量を用いて、前記３次元のｋ空間データに対して位相補正を行うための第２の位相補正量を求める。画像データ生成手段は、前記第２の位相補正量を用いた位相補正を前記３次元のｋ空間データに対して実行することによって磁気共鳴画像データを生成する。

本発明の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置を示す構成図。 図１に示すコンピュータの機能ブロック図。 図２に示す第１の位相補正量算出部において実行される第１のHFI処理の一例を示す図。 図２に示すHFI処理部において用いられるHomodyneフィルタの特性の一例を示す図。 図２に示すHFI処理部において用いられるLPFの特性の一例を示す図。 図２に示す第１の位相補正量算出部において実行される第１のHFI処理の別の一例を示す図。 図１に示す磁気共鳴イメージング装置において、HFIにより被検体の画像データを取得する際の流れを示すフローチャートを示す図。

本発明の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置について添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置を示す構成図である。

磁気共鳴イメージング装置２０は、静磁場を形成する筒状の静磁場用磁石２１、静磁場用磁石２１の内部に設けられたシムコイル２２、傾斜磁場コイル２３及びRFコイル２４を備える。

また、磁気共鳴イメージング装置２０は、制御系２５を備える。制御系２５は、静磁場電源２６、傾斜磁場電源２７、シムコイル電源２８、送信器２９、受信器３０、シーケンスコントローラ３１及びコンピュータ３２を備える。制御系２５の傾斜磁場電源２７は、Ｘ軸傾斜磁場電源２７ｘ、Ｙ軸傾斜磁場電源２７ｙ及びＺ軸傾斜磁場電源２７ｚで構成される。また、コンピュータ３２は、入力装置３３、表示装置３４、演算装置３５及び記憶装置３６を備える。

静磁場用磁石２１は、静磁場電源２６と接続され、静磁場電源２６から供給される電流により撮像領域に静磁場を形成する。静磁場用磁石２１は、例えば、超伝導コイルで構成されうる。静磁場用磁石２１は、励磁の際に静磁場電源２６と接続されて電流が供給されるが、一旦励磁された後は、非接続状態とされるのが一般的である。また、静磁場用磁石２１を永久磁石で構成し、静磁場電源２６が設けられない場合もある。

また、静磁場用磁石２１の内側には、同軸上に筒状のシムコイル２２が設けられる。シムコイル２２は、シムコイル電源２８と接続され、シムコイル電源２８からシムコイル２２に電流が供給されて、静磁場が均一化されるように構成される。

傾斜磁場コイル２３は、Ｘ軸傾斜磁場コイル２３ｘ、Ｙ軸傾斜磁場コイル２３ｙ及びＺ軸傾斜磁場コイル２３ｚで構成され、静磁場用磁石２１の内部において筒状に形成される。傾斜磁場コイル２３の内側には、寝台３７が設けられて撮像領域とされ、寝台３７に被検体Ｐがセットされる。RFコイル２４には、ガントリに内蔵されたRF信号の送受信用の全身用コイル(WBC: whole body coil)、寝台３７や被検体Ｐ近傍に設けられるRF信号の受信用の局所コイルなどがある。

また、傾斜磁場コイル２３は、傾斜磁場電源２７と接続される。傾斜磁場コイル２３のＸ軸傾斜磁場コイル２３ｘ、Ｙ軸傾斜磁場コイル２３ｙ及びＺ軸傾斜磁場コイル２３ｚはそれぞれ、傾斜磁場電源２７のＸ軸傾斜磁場電源２７ｘ、Ｙ軸傾斜磁場電源２７ｙ及びＺ軸傾斜磁場電源２７ｚと接続される。

そして、Ｘ軸傾斜磁場電源２７ｘ、Ｙ軸傾斜磁場電源２７ｙ及びＺ軸傾斜磁場電源２７ｚからそれぞれＸ軸傾斜磁場コイル２３ｘ、Ｙ軸傾斜磁場コイル２３ｙ及びＺ軸傾斜磁場コイル２３ｚに電流が供給される。これにより、撮像領域にそれぞれＸ軸方向の傾斜磁場Ｇｘ、Ｙ軸方向の傾斜磁場Ｇｙ、Ｚ軸方向の傾斜磁場Ｇｚが形成される。

RFコイル２４は、送信器２９及び受信器３０の少なくとも一方と接続される。送信用のRFコイル２４は、送信器２９からRF信号を受けて被検体Ｐに送信する。受信用のRFコイル２４は、被検体Ｐ内部の原子核スピンのRF信号による励起に伴って発生したMR信号を受信して受信器３０に与える。

一方、制御系２５のシーケンスコントローラ３１は、傾斜磁場電源２７、送信器２９及び受信器３０と接続される。シーケンスコントローラ３１は、傾斜磁場電源２７、送信器２９及び受信器３０を駆動させるために必要な制御情報、例えば傾斜磁場電源２７に印加すべきパルス電流の強度や印加時間、印加タイミング等の動作制御情報を記述したシーケンス情報を記憶する。また、シーケンスコントローラ３１は、記憶したシーケンス情報に従って、傾斜磁場電源２７、送信器２９及び受信器３０を駆動させることにより、Ｘ軸傾斜磁場Ｇｘ、Ｙ軸傾斜磁場Ｇｙ、Ｚ軸傾斜磁場Ｇｚ及びRF信号を発生させる。

また、シーケンスコントローラ３１は、受信器３０におけるMR信号の検波及びA/D (analog to digital)変換により得られた複素データである生データ(raw data)を受けてコンピュータ３２に与えるように構成される。

送信器２９は、シーケンスコントローラ３１から受けた制御情報に基づいてRF信号をRFコイル２４に与える。受信器３０は、RFコイル２４から受けたMR信号を検波して信号処理を実行するとともに、Ａ／Ｄ変換することにより、デジタル化された複素データである生データを生成し、生成した生データをシーケンスコントローラ３１に与える。RFコイル２４が複数のコイル要素で構成される場合には、各コイル要素から出力されるMR信号をそれぞれ受信チャネルに入力させて処理してもよいし、複数のコイル要素のうち２つ以上のコイル要素から出力されるMR信号を合成して受信チャネルに入力させて処理してもよい。

また、コンピュータ３２の記憶装置３６に記憶されたプログラムを演算装置３５で実行することにより、コンピュータ３２に各種機能が実現されうる。ただし、プログラムに限定されず、各種機能を有する回路を磁気共鳴イメージング装置２０に設けてもよい。

図２は、図１に示すコンピュータ３２の機能ブロック図である。

コンピュータ３２は、演算装置３５がプログラムを実行することにより、撮像条件設定部４０、シーケンスコントローラ制御部４１、ｋ空間データベース４２、HFI処理部４３及び画像処理部４４として機能しうる。

撮像条件設定部４０は、入力装置３３からの指示情報に基づいて、3D HFI用の撮像条件を設定し、設定した撮像条件をシーケンスコントローラ制御部４１に与える。3D-HFI法は、3Dのｋ空間において位相エンコード(PE: phase encode)方向又はスライスエンコード(SE: slice encode)方向に非対称となるようにMRデータを収集し、ｋ空間におけるデータの複素対称性を利用して、MRデータが収集されていない非サンプリング領域のｋ空間データを、収集されたMRデータ（サンプリング領域におけるｋ空間データ）に基づいて補填することによって画像化する方法である。従って、3D HFI法用の撮像条件として、PE方向又はSE方向における正側又は負側の高周波領域に対応するMRデータが収集されない3Dデータ収集条件が設定される。尚、HFI用のパルスシーケンスとしてはFASE (fast asymmetric spin echo又はfast advanced spin echo)シーケンスなどがある。

シーケンスコントローラ制御部４１は、入力装置３３からのスキャン開始指示情報に基づいて、シーケンスコントローラ３１にパルスシーケンスを含む撮像条件を与えることにより駆動制御させる。また、シーケンスコントローラ制御部４１は、シーケンスコントローラ３１から生データを受けてｋ空間データベース４２に形成されたｋ空間に配置する。

従って、3D-HFI用の撮像条件に従って３次元のｋ空間におけるMR信号が収集された場合には、PE方向又はSE方向における正側又は負側の高周波領域のMRデータが存在しないｋ空間データがｋ空間データベース４２に形成されたｋ空間に配置されることとなる。

HFI処理部４３は、ｋ空間データベース４２から取得したｋ空間データに基づいて、ハーフフーリエ（half Fourier）法において最終画像データを生成するために必要となる処理（HFI処理）を実行する機能を有する。HFI処理は、ｋ空間の非サンプリング領域におけるｋ空間データを、サンプリング領域におけるｋ空間データに基づいて補填するためのフィルタ処理及び位相補正処理を含む処理である。

尚、位相補正処理は、位相分布の影響によって実際には成立しない複素共役の対称性を確保するために実施される。位相補正量を算出するための位相分布は、サンプリング領域における全部又は一部のｋ空間データに基づいて推定することができる。特に位相分布を高精度に推定する観点からは、ｋ空間データが対称にサンプリングされた低周波領域におけるｋ空間データに基づいて位相分布を推定することが望ましい。この場合には、サンプリング領域におけるｋ空間データから低周波領域のｋ空間データを抽出するためのLPF処理が位相補正に先だって実施される。

但し、位相補正処理を行っても、位相補正のエラー、つまり、複素信号の虚部がゼロにならない場合がある。そこで、データ補填前後におけるｋ空間データの重み付け加算によって得られるｋ空間データを初期データとしてデータの補填処理及び位相補正処理を繰り返すループ処理によって位相補正エラーの低減及びデータ補填の精度を向上させることができる。

この他、低周波領域におけるｋ空間データに加え、ｋ空間データが非対称にサンプリングされた高周波領域におけるｋ空間データを用いて位相分布を推定することによっても、位相補正のエラーを低減できる場合がある。この場合には、LPFの代わりに、サンプリング領域におけるｋ空間データから高周波領域及び低周波領域の双方のｋ空間データを抽出するためのフィルタ処理を位相補正に先だって実行すればよい。

更に、非サンプリング領域におけるデータの補填に先だって、位相補正を実施することによっても、位相補正エラーを低減できる場合がある。また、データ補填のためのフィルタ処理をループ処理に含めずに、データ補填後に位相補正及び重み付け加算を含むループ処理を繰り返すHFI処理も知られている。

このようにHFI処理には、位相補正用の位相分布の推定のために低周波領域のｋ空間データのみを用いるか、或いは、高周波領域のｋ空間データも用いるか、位相補正を非サンプリング領域におけるデータの補填処理の前処理として行うか、後処理として行うか、位相補正エラーの低減のためのループ処理を行うか否か、データ補填のためのフィルタ処理をループ処理に含めるかなどの種々のバリエーションがある。

以降では、一例として、低周波領域のｋ空間データのみを用いて位相分布を推定し、かつ位相補正を非サンプリング領域におけるデータの補填処理の後処理として、データ補填処理及び位相補正を含むループ処理を繰り返す場合について説明する。もちろん、他の方法によるHFI処理についても同様に以降の処理を適用することができる。

この場合、HFI処理は、ｋ空間の非サンプリング領域におけるデータ補填のためのフィルタ処理、位相分布の推定用の低周波領域におけるデータ抽出のためのフィルタ処理、実空間データに対する位相補正処理、位相補正後における実空間データの実部をとるREAL化処理、ｋ空間データの重み付け加算処理などの複数の処理を所定回数繰り返すことによって、実空間データの虚部をゼロに収束させる処理となる。従って、HFI処理部４３には、上述の処理の他、ｋ空間データを実空間データに変換するFT処理又はFFT処理や実空間データである画像データをｋ空間データに変換するIFT処理又はIFFT処理など、HFI処理を構成する各種処理を実行する機能が備えられる。

特に、HFI処理部４３は、3Dのサンプリング領域における収集されたMRデータ（ｋ空間データ）の全てを用いずに一部のMRデータに基づいて位相分布の推定を行うことによって、HFI処理量及びHFI処理時間を従来よりも低減できるように構成されている。そのために、HFI処理部４３は、第１の位相補正量算出部４３Ａ、第２の位相補正量決定部４３Ｂ及び診断画像生成部４３Ｃを有する。

第１の位相補正量算出部４３Ａは、3D HFI用の撮像条件に従って収集された3Dのｋ空間におけるMR信号の一部を抽出することによって、収集されたMR信号よりも少ないMR信号を位相補正用の第１の位相補正量を求めるためのｋ空間データとして設定する機能、ｋ空間における複素対称性を利用した非サンプリング領域へのデータ補填のための複素共役をとるフィルタ処理及び第１の位相補正量を求めるためのｋ空間データに基づく位相補正を含む処理を3Dのｋ空間におけるMR信号に対して繰返し実行する第１のHFI処理によって第１の位相補正量を求める機能を有する。

図３は、図２に示す第１の位相補正量算出部４３Ａにおいて実行される第１のHFI処理の一例を示す図である。

図３(A)に示すように、3Dデータ収集によって、実空間のPE方向、SE方向及び読出し（RO: readout）方向にそれぞれ対応するｋ空間のkpe方向、kse方向及びkro方向の３軸方向を有する空間的なｋ空間データが収集される。但し、HFIでは、PE方向又はSE方向に非対称な3D-ｋ空間データが収集される。図３(A)は、SE方向の負極側の高周波領域を非サンプリング領域とした例を示している。従って、SE方向の低周波領域及び正極側の高周波領域のみがサンプリング領域となり、kpe ≧ -Kaの領域にｋ空間データが充填される。

PE方向、SE方向及びRO方向は、それぞれ診断目的に応じてx軸、y軸、z軸及び斜め方向の軸など任意の空間座標軸に設定される。図３(A)は、実空間においてPE方向、SE方向及びRO方向を、それぞれy軸、z軸及びx軸に設定した例を示している。従って、ｋ空間におけるkpe方向、kse方向及びkro方向は、それぞれky方向、kz方向及びkx方向となっている。

図３(A)に示す3D-ｋ空間データにHomodyneフィルタを施すと、非サンプリング領域にｋ空間データを補填したｋ空間データと等価なｋ空間データが生成される。尚、Homodyneフィルタは、非サンプリング領域にサンプリング領域の複素共役データを補填する処理と等価なフィルタ処理を施すフィルタである。

図４は、図２に示すHFI処理部４３において用いられるHomodyneフィルタの特性の一例を示す図である。

図４(A)において横軸はkz方向を示し、縦軸はHomodyneフィルタの強度を示す。また図４(B)において横軸はkz方向を示し、縦軸はkx方向を示す。

図３に示すように、kz方向に非対称な3D-ｋ空間データが収集されている場合には、例えば図４(A)に示すようなkz方向の強度分布を有し、かつkx方向及びky方向における強度分布が一定であるHomodyneフィルタをフィルタ処理に用いることができる。すなわち、ｋ空間データが収集されていない負極側の高周波領域-Kmax ≦ kz ≦ -Kaの範囲では強度がゼロ、ｋ空間データが収集されている低周波領域-Ka < kz < Kaの範囲では強度が1.0、ｋ空間データが収集されている正極側の高周波領域Ka ≦ kz ≦ Kmaxの範囲では強度が2.0となる強度プロファイルを有するHomodyneフィルタをフィルタ処理に用いることができる。

図４(A)に示すHomodyneフィルタの強度分布は一定値の間において直線的に変化する例を示しているが、強度が滑らかに変化するように曲線形状の強度分布を有するHomodyneフィルタをフィルタ処理に用いてもよい。

図４(A)に示すような強度分布を有するHomodyneフィルタを用いてkz方向に非対称に収集された3D-ｋ空間データのフィルタ処理を行うと、図４(B)に示すようなHomodyneフィルタ処理後のｋ空間データが得られる。

そして、Homodyneフィルタ処理後の3D-ｋ空間データに対して3D-FFTを実行すると、図３(B)に示すような複数の2D-ｒ空間データがスライス画像データとして生成される。

一方、図３(A)に示す3D-ｋ空間データから１枚の2D-k空間データを抽出し、位相補正用の第１の位相補正量を求めるためのｋ空間データとして設定することができる。第１の位相補正量を高精度に求める観点からは、少なくともSNR (signal to noise ratio)が最も良好なエンコード量がゼロの2D-ｋ空間データを位相補正量の算出用に選択することが重要である。但し、第１の位相補正量を算出するためには非対称な方向におけるｋ空間データの位相分布を推定する必要がある。このため、非対称な方向についてはエンコード量をゼロにすることはできない。

従って、PE方向に非対称なMR信号を収集されている場合には、SE方向におけるエンコード量が０である2D-ｋ空間データを第１の位相補正量を求めるためのｋ空間データとすることが好適である。一方、SE方向に非対称なMR信号を収集されている場合には、PE方向におけるエンコード量が０である2D-ｋ空間データを第１の位相補正量を求めるためのｋ空間データとすることが好適である。

図３(A)は、SE方向に非対称なMR信号が収集されている例を示している。このため、図３(A)に示す例では、PE量がゼロ、つまりkpe=0となる2D-ｋ空間データが第１の位相補正量を求めるためのｋ空間データとして選択されている。

第１の位相補正量を求めるための2D-ｋ空間データにはLPFが施される。これにより、2D-ｋ空間データの低周波領域におけるｋ空間データを抽出し、抽出した低周波領域における2D-ｋ空間データを位相分布の推定用に用いることが可能となる。

図５は、図２に示すHFI処理部４３において用いられるLPFの特性の一例を示す図である。

図５(A)において横軸はkz方向を示し、縦軸はLPFの強度を示す。また図５(B)において横軸はkz方向を示し、縦軸はkx方向を示す。

図３に示すように、kz方向に非対称な3D-ｋ空間データが収集されている場合には、例えば図５(A)に示すようなkz方向の強度分布を有し、かつkx方向及びky方向における強度分布が一定であるLPFをフィルタ処理に用いることができる。すなわち、ｋ空間データが収集されている低周波領域-Ka < kz < Kaの範囲では強度が1.0、ｋ空間データが収集されていない負極側の高周波領域-Kmax ≦ kz ≦ -Kaの範囲及びｋ空間データが収集されている正極側の高周波領域Ka ≦ kz ≦ Kmaxの範囲では強度がゼロとなる強度プロファイルを有するLPFをフィルタ処理に用いることができる。

図５(A)に示すLPFの強度分布は一定値の間において直線的に変化する例を示しているが、強度が滑らかに変化するように曲線形状の強度分布を有するLPFをフィルタ処理に用いてもよい。

図５(A)に示すような強度分布を有するLPFを用いて第１の位相補正量を求めるための2D-ｋ空間データのフィルタ処理を行うと、図５(B)に示すようなLPF処理後のｋ空間データが得られる。すなわち、低周波領域における2D-ｋ空間データが位相分布の推定用に抽出される。

そして、LPF処理後の位相分布の推定用の2D-ｋ空間データに対して2D-FFTを実行すると、図３(C)に示すような１枚の2D-ｒ空間データがスライス画像データとして生成される。更に、位相分布の推定用の2D-ｒ空間データの複素共役データを絶対値で除算することによって、低周波領域における位相分布を算出することができる。

次に、PE＝０に対応する2D-ｒ空間データに基づいて算出された位相分布を用いて、Homodyneフィルタ処理及び3D-FFTによって生成された複数の2D-ｒ空間データの位相補正が行われる。この結果、非サンプリング領域へのデータ補填及び位相補正後におけるマルチスライス画像データを得ることができる。

但し、位相分布に誤差があると、位相補正後における2D-ｒ空間データの虚部がゼロとならない。そこで、データ補填前後におけるｋ空間データの重み付け加算によって得られるｋ空間データを初期データとして、繰返しデータ補填及び位相補正が実行される。つまり位相補正後における2D-ｒ空間データの虚部をゼロに収束させるためのループ処理が実行される。

具体的には、位相補正後における複数の2D-ｒ空間データの虚部を除去してそれぞれ実部をとることによって誤差分を取り除くためのREAL化処理が実行される。次に、REAL化処理後における複数の2D-ｒ空間データの2D IFFTによってデータ補填後の全周波数領域における3Dｋ空間データが生成される。次に、データ補填前後における3D-ｋ空間データの重み付け加算が実行される。この重み付け加算の結果として得られる3D-ｋ空間データは、再びHomodyneフィルタによるデータ補填処理及び第１の位相補正量を求めるためのkpe=0に対応する2D-ｋ空間データの抽出の対象となる初期データとして用いられる。

そして、経験的又はシミュレーション等によって予め決定された所定回数だけ上述のループ処理を繰り返すことによって、位相補正後におけるｒ空間データの虚部をゼロに近づけることができる。換言すれば、収集されたMRデータの位相とループ処理後におけるデータの位相との差を位相補正に適切な第１の位相補正量として算出することが可能となる。

図３に示す第１のHFI処理では、位相分布の推定用に3D-ｋ空間データではなく、単一の2D-ｋ空間データが用いられる。従って、位相分布の推定に必要な処理が従来のような位相分布の推定用の3D-ｋ空間データに対する3D-FFTではなく2D-ｋ空間データに対する2D-FFTとなる。このため、第１の位相補正量の算出に要するデータ処理量を、従来よりも低減させることができる。特に、ループ処理の回数が多い場合には、FFTが繰り返されるため、データ処理量及びデータ処理時間の低減量が顕著となる。

更に、複数のコイル要素を用いてMRデータの収集を行う場合には、複数の受信チャネルに対応する複数の3D-ｋ空間データに対してそれぞれHFI処理が実行される。このため、位相分布の推定のためのデータ処理量及びデータ処理時間を一層低減させることができる。

図３には、１枚の2D-ｋ空間データを用いて位相補正用の位相分布を推定する例を示したが、複数枚の2D-ｋ空間データを用いて位相補正用の位相分布を推定するようにすることもできる。１枚の2D-ｋ空間データを用いて位相分布を推定する場合には、位相補正対象となるｒ空間データの位相分布の代表値が１つ推定されることとなる。

これに対して、複数枚の2D-ｋ空間データを用いて位相補正用の位相分布を推定すれば、位相補正対象となるｒ空間データの位相分布の複数の代表値を推定することが可能となる。このため、より高精度な位相補正を行って最終的なMR画像データを生成することが可能となる。

図６は、図２に示す第１の位相補正量算出部４３Ａにおいて実行される第１のHFI処理の別の一例を示す図である。

図６に示す第１のHFI処理は、(A)に示すように3D-ｋ空間データから複数枚の2D-ｋ空間データを抽出し、第１の位相補正量を求めるためのｋ空間データとして設定するようにした点が図３に示す第１のHFI処理と相違する。このため、共通する内容については、説明を省略する。

図６は、kpe=-kpe1, 0, +kpe1に対応する３枚の2D-ｋ空間データを、第１の位相補正量を求めるためのｋ空間データとして設定した例を示している。この場合、LPFによって得られる３枚の低周波領域における2D-ｋ空間データが抽出される。そして、３枚の低周波領域における2D-ｋ空間データに対する3D-FFTによって、(C)に示すように３枚の2D-ｒ空間データが位相分布の推定用に生成される。

従って、３枚の2D-ｒ空間データに基づいて、互いに異なるkpe方向の位置に対応する３つの位相分布の推定値を算出することができる。これは、(A)に示す3Dのｋ空間をkpe方向に３分割し、分割領域ごとに位相分布を推定することに相当する。このため、位相補正の対象となる2D-ｒ空間データは、同一の分割領域に対応する位相分布推定用の2D-ｒ空間データ、つまり最も近い位相分布推定用の2D-ｒ空間データから推定された位相分布を用いて位相補正される。

このように、収集されるMRデータが対称となるエンコード方向において互いにエンコード量が異なる複数の2D-ｋ空間データを、第１の位相補正量を求めるためのｋ空間データとすれば、より高精度に位相分布の推定及び位相補正を行うことができる。すなわち、少なくともエンコード量がゼロでない2D-ｋ空間データを含む複数の2D-ｋ空間データを第１の位相補正量を求めるためのｋ空間データとすることによって、互いに異なるエンコード量に対応する複数の第１の位相補正量を求めることができる。

一方、第１の位相補正量を求めるためのｋ空間データを、収集されたMRデータよりも少ないｋ空間データとすることによって、位相分布を算出するための3D-FFTのデータ処理量及びデータ処理時間を低減させることができる。従って、第１の位相補正量を求めるための2D-ｋ空間データの数及び位置を調整することによって、トレードオフの関係にある位相補正の精度及びデータ処理量を最適化することが可能である。

第２の位相補正量決定部４３Ｂは、3D-HFI用の撮像条件に従って収集された3Dのｋ空間におけるMR信号に対して実行される３次元の位相補正に用いる第２の位相補正量を、第１の位相補正量に基づいて決定する機能を有する。

例えば、第１の位相補正量が単一の値として算出され、かつ収集されるMRデータが対称となるエンコード方向において第２の位相補正量を一定とする場合には、第１の位相補正量をそのまま第２の位相補正量に決定することができる。

また、収集されるMRデータが対称となるエンコード方向において異なるエンコード量ごとに複数の第１の位相補正量が算出されている場合においても、そのまま各エンコード量に対応する複数の第２の位相補正量に決定することができる。例えば、図６に示す例であれば、kpe方向の複数の位置に対応する複数の第１の位相補正量をそのままkpe方向の複数の位置に対応する第２の位相補正量に決定することができる。

一方、収集されるMRデータが対称となるエンコード方向におけるエンコード量に応じた複数の第２の位相補正量を設定する場合には、第１の位相補正量算出部４３Ａにおいて算出された単一又は複数の第１の位相補正量に基づいて、エンコード量に応じた複数の第２の位相補正量を求めることができる。

例えば、収集されるMRデータが対称となるエンコード方向において、第２の位相補正量がエンコード量に比例して線形に変化するとみなせば、１つの第１の位相補正量を線形に変化させるか、或いは複数の第１の位相補正量の補間又はフィッティングによって任意の複数のエンコード量に対応する複数の第２の位相補正量を算出することができる。例えば、図３又は図６に示す例であれば、異なる複数のkpe方向の位置に対応する第２の位相補正量を算出することができる。尚、第２の位相補正量を計算するための係数については、経験的又はシミュレーションによって予め決定することができる。

診断画像生成部４３Ｃは、３次元の複素共役をとることによる非サンプリング領域へのデータ補填のためのフィルタ処理、第１の位相補正量に基づく第２の位相補正量を用いた位相補正及び画像再構成処理を含む第２のHFI処理を、3D-HFI用の撮像条件に従って収集された3Dのｋ空間におけるMR信号に対して実行することによって診断用のMR画像データを生成する機能を有する。すなわち、第２のHFI処理では、位相補正量が定まっている。このため、位相分布の推定用のｋ空間データの抽出及び位相分布の推定は実行されない。また、位相補正エラーを低減させるためのループ処理についても必ずしも必要ではない。

また、画像処理部４４は、HFI処理部４３から取得したHFI処理後のMR画像データに、歪み補正処理等の必要な画像処理を施して、表示装置３４に表示させる機能を有する。

次に磁気共鳴イメージング装置２０の動作について説明する。

図７は、図１に示す磁気共鳴イメージング装置２０において、HFIにより被検体Ｐの画像データを取得する際の流れを示すフローチャートを示す図である。

ステップＳ１では、撮像条件設定部４０は、HFI用の撮像条件を設定する。すなわち、FASEシーケンス等のパルスシーケンスによってSE方向又はPE方向に非対称な3D MRデータを収集する撮像条件が設定される。

ステップＳ２では、撮像条件設定部４０で設定された撮像条件に従ってMRデータの収集が行われる。すなわち、寝台３７に被検体Ｐがセットされ、静磁場電源２６により励磁された静磁場用磁石２１(超伝導磁石)の撮像領域に静磁場が形成される。

また、シムコイル電源２８からシムコイル２２に電流が供給されて撮像領域に形成された静磁場が均一化される。そして、入力装置３３からシーケンスコントローラ制御部４１にスキャン開始指示が与えられると、シーケンスコントローラ制御部４１は、撮像条件設定部４０から取得したパルスシーケンスを含む撮像条件をシーケンスコントローラ３１に与える。シーケンスコントローラ３１は、シーケンスコントローラ制御部４１から与えられたパルスシーケンスに従って、傾斜磁場電源２７、送信器２９及び受信器３０を駆動させることにより、被検体Ｐがセットされた撮像領域に傾斜磁場を形成させるとともに、RFコイル２４からRF信号を発生させる。

これにより被検体Ｐの内部における磁気共鳴により生じたMR信号は、RFコイル２４により受信されて受信器３０に与えられる。受信器３０は、RFコイル２４からMR信号を受けて、信号処理を実行した後、A/D変換することにより、デジタルデータのMR信号である３次元の生データを生成する。

ここでは、HFI用のデータ収集条件に従って、３次元のｋ空間の一部のMRデータが収集されないように、シーケンスコントローラ制御部４１で制御される。収集されないｋ空間のデータは、後述するHFI処理により補填される。

受信器３０は、生成した生データをシーケンスコントローラ３１に与える。シーケンスコントローラ３１は、生データをシーケンスコントローラ制御部４１に与え、シーケンスコントローラ制御部４１は、ｋ空間データベース４２に形成されたｋ空間に生データを３次元のｋ空間データとして配置する。

ステップＳ３では、HFI処理部４３が第１のHFI処理の実行を通じて第１の位相補正量を算出する。

より具体的には、ステップＳ３１において、第１の位相補正量算出部４３Ａが、ｋ空間データベース４２に配置された３次元のｋ空間データのうち、第１の位相補正量を求めるための単一又は複数の2D-ｋ空間データを抽出する。

第１の位相補正量を高精度に求める観点からは、ｋ空間データが対称な方向におけるエンコード量がゼロの2Dｋ空間データを位相補正量の算出用に選択することが重要である。そこで、ここでは図３に示すようにky方向がPE方向に設定され、SE方向に設定されたkz方向に非対称なｋ空間データがサンプリングされる場合を例に説明する。

この場合、少なくともkpe=ky=0に対応するPE方向におけるエンコード量がゼロの2D-ｋ空間データが第１の位相補正量の算出用に設定される。

次にステップＳ３２では、第１の位相補正量算出部４３Ａは、式(5-1)に示すHomodyneフィルタ処理及び式(5-2)に示すLPF処理を行う。
K(kx, kz)fh → Kh(kx, kz) (5-1)
K0(kx, kz)fl → Kl(kx, kz) (5-2)

すなわち、式(5-1)に示すように非対称な3D-ｋ空間データを構成するKx-Ky平面に平行な複数の2D-ｋ空間データK(kx, kz)に対してそれぞれHomodyneフィルタfhが掛けられる。これにより、非サンプリング領域におけるデータが補填された複数の2D-ｋ空間データKh(kx, kz)が生成される。

一方、式(5-2)に示すように第１の位相補正量の算出用の単一又は複数の2D-ｋ空間データK0(kx, kz)に対してLPF flが掛けられる。これにより、低周波領域における位相分布推定用の2D-ｋ空間データKl(kx, kz)が生成される。

次に、ステップＳ３３では、第１の位相補正量算出部４３Ａが、式(6-1)及び式(6-2)に示すように、各フィルタ処理後における2D-ｋ空間データKh(kx, kz), Kl(kx, kz)にFFT処理を施す。これにより、2D-Ｒ空間データVh(x, z), Vl(x, z)が得られる。
FFT{Kh(kx, kz)} → Vh(x, z) (6-1)
FFT{Kl(kx, kz)} → Vl(x, z) (6-2)

つまり、位相補正の対象となる複数の2D-ｒ空間データVh(x, z)及び位相補正用の位相分布を推定するための単一又は複数の2D-ｒ空間データVl(x, z)が再構成される。

次に、ステップＳ３４では、第１の位相補正量算出部４３Ａが、式(6-2)で得られる2D-ｒ空間データVl(x, z)に基づいて算出した位相分布を用いて、各2D-ｒ空間データVh(x, z)の位相補正を行う。

次に、ステップＳ３５では、第１の位相補正量算出部４３Ａは、ステップＳ３１からステップＳ３４までの処理の繰返し回数が予め決定された回数の閾値Nに達したか否かを判定する。閾値Nは、経験的には２から４程度に設定される。また、処理の繰返し回数Nは、データ処理条件として入力装置３３の操作によって可変設定できるようにすることもできる。

ループ処理の繰返し回数が閾値Nに達していないと判定された場合には、ステップＳ３６において、第１の位相補正量算出部４３Ａが、位相補正後における各2D-ｒ空間データの実部をとるREAL化処理を行う。この結果、データ補填及び位相補正後における実部信号のみの2D-ｒ空間データVcor(x, z)が得られる。

このステップＳ３４及びステップＳ３６の処理は式(7)で示される。
Vcor(x, z) = REAL{Vh(x, z)*Vl^*(x, z)/|Vl(x, z)|} (7)
但し、式(7)においてREAL()は実部を取る処理を示し、Vl^*はVlの複素共役を示す。

さらに、位相補正及びｋ空間におけるデータ補填処理の精度を向上させるために、上述の処理によって生成されたデータ補填及び位相補正後における2D-ｋ空間データと、データ補填及び位相補正前における2D-ｋ空間データとの重み付け加算が行われる。そして、重み付け加算によって得られる2D-ｋ空間データを初期データとして、上述したような2D-ｋ空間データのフィルタ処理、フィルタ処理後のｋ空間データのFFT処理、位相補正及び重み付け加算が繰返し実行される。

そのために、ステップＳ３７において、第１の位相補正量算出部４３Ａは、式(8)に示すようにIFFTにより、データ補填及び位相補正後における実部信号のみの2D-ｒ空間データVcor(x, z)を2D-ｋ空間データKcor(kx, kz)に変換する。
Kcor(kx, kz) = IFFT{Vcor(x, z)} (8)

次に、ステップＳ３８において、第１の位相補正量算出部４３Ａは、データ補填及び位相補正後における各2D-ｋ空間データKcor(kx, kz)と、対応するデータ補填及び位相補正前における各2D-ｋ空間データK(kx, kz)との重み付け加算を行う。この重み付け加算の結果は、式(9)に示すように再びステップＳ３２におけるフィルタ処理用の初期データとされる。
K(kx, kz) = αKcor(kx, kz)+(1-α)K(kx, kz) (9)

但し、式(9)においてαは、0<α<1の値をとる重み係数である。重み係数αは経験的又はシミュレーションによって適切な値に決定できるが、典型的には、ｋ空間データの非対称な方向における位置ｋｚに応じた値に設定される。具体的には非サンプリング領域ではデータ補填及び位相補正後における2D-ｋ空間データKcor(kx, kz)の割合が大きく、サンプリング領域ではデータ補填及び位相補正前における2D-ｋ空間データK(kx, kz)の割合が大きくなるように重み係数α(kz)が設定される。

また、重み付け加算の重み係数αは、データ処理条件として入力装置３３の操作によって可変設定できるようにすることもできる。

ステップＳ３１からステップＳ３８までのループ処理が繰返し回数の閾値Nだけ繰り返されると、ステップＳ３５の判定においてYESと判定される。これにより、ループ処理が完了する。

ループ処理が完了すると、ステップＳ３９において、第１の位相補正量算出部４３Ａは、ループ処理の結果に基づいて第１の位相補正量を算出する。第１の位相補正量は、式(10)に示すように、第１のHFI処理の元データとなった位相補正前における2D-ｋ空間データK(kx, kz)を変換して得られるｒ空間データと位相補正を含むループ処理後における2D-ｒ空間データVhfi(x, z)との位相差φ(z)の指数関数β1(z)として求めることができる。
β1(z) = exp{-iφ(z)}
= conjugate[FFT{K(Kx, Kz)}]/|FFT{K(Kx, Kz)}|*|Vhfi(x, z)|/Vhfi^*(x, z) (10)
但し、式(10)においてconjugate()は複素共役をとる関数であり、Vhfi^*はVhfiの複素共役を示す。

次に、ステップＳ４では、第２の位相補正量決定部４３Ｂが、第１の位相補正量β1(z)に基づいて第２の位相補正量β2を決定する。PE方向であるy軸方向において第２の位相補正量β2を一定とする場合には、式(11)に示すように、第１の位相補正量β1(z)を3D位相補正用の第２の位相補正量β2(z)とすることができる。
β2(z) = β1(z) (11)

一方、y軸方向の位置、すなわちPE量に応じて第２の位相補正量β2をに変化させる場合には、式(12)に示すように、y軸方向における位置yに応じた係数γ(y)を第１の位相補正量β1(z)に乗じた値を第２の位相補正量β2(y, z)とすることができる。第２の位相補正量β2(y, z)をy軸方向に線形に変化させる場合には、係数γ(y)は位置yに比例する値となる。
β2(y, z) = β1(z)γ(y) (12)

また、複数の位置ky=kyi(iは自然数)に対応する複数の2D-ｋ空間データK0(kx, kyi, kz)が第１の位相補正量β1の算出用に設定された場合には、第１の位相補正量β1の算出用の2D-ｋ空間データK0(kx, kyi, kz)の数iだけ第１の位相補正量β1(yi, z)が求められることになる。この場合には、複数の第１の位相補正量β1(yi, z)をそのまま用いるか、複数の第１の位相補正量β1(yi, z)に基づく外挿や内挿等の補間によって位置yに応じた第２の位相補正量β2(y, z)を決定することができる。

次に、ステップＳ５では、診断画像生成部４３Ｃが、Homodyneフィルタfhによるデータ補填のためのフィルタ処理及び第２の位相補正量β2を用いた位相補正を含む第２のHFI処理を、収集された3Dのｋ空間におけるMR信号に対して実行する。

具体的には、式(13)に示すように、ステップＳ２において収集された非対称の3D-ｋ空間データK(kx, ky, kz)に対するデータ補填のためのHomodyneフィルタ処理fh及びHomodyneフィルタ処理後における3D-ｋ空間データに対する画像再構成処理としての3D-FFTが実行される。これにより、3D-ｒ空間データV(x, y, z)として3D-MR画像データが再構成される。
V(x, y, z) = FFT{K(kx, ky, kz)fh} (13)

次に、式(14)に示すように第２の位相補正量β2を用いた3D-ｒ空間データV(x, y, z)の位相補正及び位相補正後における3D-ｒ空間データのREAL化処理を行う。これにより、最終的なMR診断画像データVfinal(x, y, z)が生成される。
Vfinal(x, y, z) = gREAL{V(x, y, z)β2} (14)

尚、gは画像信号の振幅を調整するための任意の係数であり、例えばg=2.0に設定される。この係数gはゲインに相当し、経験的又はシミュレーションなどによって決定することができる。

その後、画像処理部４４は、HFI処理部４３から取得したMR診断画像データVfinalに歪み補正処理等の必要な画像処理を施して、表示装置３４に表示させる。これによりユーザは、表示装置３４に表示されたMR診断画像を観察して診断を行うことが可能となる。

以上のように、磁気共鳴イメージング装置２０によれば、HFI処理において位相補正用の位相分布を推定するために必要となるFFTの処理量を従来よりも低減させることができる。特に、位相分布の推定用のｋ空間データを１枚の2D-ｋ空間データとすれば、2D-FFTにより位相補正量を算出することが可能となる。この結果、トータルのデータ処理量及びデータ処理時間を低減させることができる。或いは、トータルのデータ処理量及びデータ処理時間を同程度にしつつ、ループ処理の繰返し回数を増やして、精度を向上させることができる。

尚、位相補正をｒ空間データではなくｋ空間データに対して行うようにしてもよい。ｋ空間データに対して位相補正を行えば処理が簡易となる。一方、ｒ空間データに対して位相補正を行えば、精度を向上させることができる。

以上、特定の実施形態について記載したが、記載された実施形態は一例に過ぎず、発明の範囲を限定するものではない。ここに記載された新規な方法及び装置は、様々な他の様式で具現化することができる。また、ここに記載された方法及び装置の様式において、発明の要旨から逸脱しない範囲で、種々の省略、置換及び変更を行うことができる。添付された請求の範囲及びその均等物は、発明の範囲及び要旨に包含されているものとして、そのような種々の様式及び変形例を含んでいる。

２０ 磁気共鳴イメージング装置
２１ 静磁場用磁石
２２ シムコイル
２３ 傾斜磁場コイル
２４ RFコイル
２５ 制御系
２６ 静磁場電源
２７ 傾斜磁場電源
２８ シムコイル電源
２９ 送信器
３０ 受信器
３１ シーケンスコントローラ
３２ コンピュータ
３３ 入力装置
３４ 表示装置
３５ 演算装置
３６ 記憶装置
３７ 寝台
４０ 撮像条件設定部
４１ シーケンスコントローラ制御部
４２ ｋ空間データベース
４３ HFI処理部
４３Ａ 第１の位相補正量算出部
４３Ｂ 第２の位相補正量決定部
４３Ｃ 診断画像生成部
４４ 画像処理部
Ｐ 被検体

Claims (6)

1. ハーフフーリエイメージング用の撮像条件に従って３次元のｋ空間データを収集するデータ収集手段と、
   前記３次元のｋ空間データに含まれる一部のｋ空間データを用いたデータ処理によって第１の位相補正量を求める第１の導出手段と、
   前記第１の位相補正量を用いて、前記３次元のｋ空間データに対して位相補正を行うための第２の位相補正量を求める第２の導出手段と、
   前記第２の位相補正量を用いた位相補正を前記３次元のｋ空間データに対して実行することによって磁気共鳴画像データを生成する画像データ生成手段と、
   を備える磁気共鳴イメージング装置。
2. 前記第１の導出手段は、エンコード量がゼロでない２次元のｋ空間データを含む複数の２次元のｋ空間データを用いて、複数の前記第１の位相補正量を求めるように構成される請求項１に記載の磁気共鳴イメージング装置。
3. 前記データ収集手段は、位相エンコード方向に非対称なｋ空間データを収集するように構成され、
   前記第１の導出手段は、スライスエンコード方向におけるエンコード量がゼロである２次元のｋ空間データを用いて、前記第１の位相補正量を求めるように構成される、請求項１又は２に記載の磁気共鳴イメージング装置。
4. 前記データ収集手段は、スライスエンコード方向に非対称なｋ空間データを収集するように構成され、
   前記第１の導出手段は、位相エンコード方向におけるエンコード量がゼロである２次元のｋ空間データを用いて、前記第１の位相補正量を求めるように構成される、請求項１又は２に記載の磁気共鳴イメージング装置。
5. 前記第２の導出手段は、所定のエンコード量に対応する前記第１の位相補正量を前記所定のエンコード量以外のエンコード量に対応する位相補正量として適用し、前記第２の位相補正量を求めるように構成される、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
6. 前記第２の導出手段は、１つの前記第１の位相補正量を線形に変化させるか、或いは複数の前記第１の位相補正量の補間又はフィッティングを行うことによって、前記第２の位相補正量を求めるように構成される、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。

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